Question

一种Ru配合物与g—C₃N₄复合光催化剂将CO₂还原为HCOOH的原理示意图如图。

（1）Ru基态原子价电子排布式为4d⁷5s¹，写出该元素在元素周期表中的位置___，属于___区。

（2）HCOOH中σ键与π键的数目之比是___，HCOOH的沸点比CO₂高的原因___。

（3）紫外光的光子所具有的能量约为399kJ·mol⁻¹。根据下表有关蛋白质分子中重要化学键的信息，说明人体长时间照射紫外光后皮肤易受伤害的原因__。

（4）已知和中所有原子均共面，其中氮原子较易形成配位键的是___（填“前者”或“后者”）。

（5）下列状态的氮、氧原子中，电离最外层一个电子所需能量最大的是___（填序号，下同），最小的是___(填序号)。

A.氮

B.氧

C.氧

D.氧

（6）一种类石墨的聚合物半导体g—C₃N₄，其单层平面结构如图1，晶胞结构如图2。

①g—C₃N₄中氮原子的杂化类型是__；

②根据图2，在图1中用平行四边形画出一个最小重复单元___；

③已知该晶胞的体积为Vcm³，中间层原子均在晶胞内部，设阿伏加德罗常数的值为N_A，则g—C₃N₄的密度为__g·cm^-3。

Answer

第五周期Ⅷ族 d 4：1 HCOOH分子间易形成氢键 紫外光的光子所具有的能量比蛋白质分子中的化学键键能大，长时间照射使化学键断裂，从而破坏蛋白质分子 后者 C D sp2杂化 或

【解析】

（1）由Ru基态原子价电子排布式为4d75s1可知，Ru元素位于周期表第五周期Ⅷ族，属于d区；

（2）碳原子形成的单键全是σ键，形成的双键有一个是σ键、一个是π键，HCOOH分子中含有4个σ键和1个π键，HCOOH和CO2均为分子晶体，HCOOH分子中含有羧基，分子间能形成氢键，而二氧化碳分子间不能形成氢键；

（3）紫外光的光子所具有的能量约为399kJ/mol，比蛋白质分子中C-C、C-N和C-S的键能都大；

（4）中N原子参与形成大π键，不易给出电子对形成配位键，中N原子有一对孤电子，容易给出电子对形成配位键；

(5)同一元素的原子，电离最外层一个电子所需能量：激发态原子<基态的第一电离能<第二电离能；当能级处于全满、半满、全空时，较稳定，电离最外层一个电子需要的能量高；

(6)①该物质中N原子价层电子对数为3；

②由图2可知，重复的结构单元为六元环和外加三个N原子形成的结构；

③由均摊法计算可得。

（1）由Ru基态原子价电子排布式为4d75s1可知，Ru元素位于周期表第五周期Ⅷ族，属于d区，故答案为：第五周期Ⅷ族，d；

（2）碳原子形成的单键全是σ键，形成的双键有一个是σ键，一个是π键，HCOOH分子中含有4个σ键和1个π键，则HCOOH分子中σ键与π键的数目之比是4:1；HCOOH和CO2均为分子晶体，HCOOH分子中含有羧基，分子间能形成氢键，而二氧化碳分子间不能形成氢键，故HCOOH的沸点比CO2高，故答案为：4:1；HCOOH分子间易形成氢键；

（3）紫外光的光子所具有的能量约为399kJ/mol，比蛋白质分子中C-C、C-N和C-S的键能都大，长时间照射紫外光能使蛋白质分子中的化学键断裂，从而破坏蛋白质分子，故答案为：紫外光的光子所具有的能量比蛋白质分子中的化学键键能大，长时间照射使化学键断裂，从而破坏蛋白质分子；

（4）中N原子参与形成大π键，不易给出电子对形成配位键，而中N原子有一对孤电子，容易给出电子对形成配位键，则后者分子中氮原子较易形成配位键，故答案为：后者；

（5）微粒的结构越稳定，电离最外层一个电子所需能量越高，

A. 为基态N原子的轨道表示式，2p能级半充满、较稳定；

B. 为基态O原子的轨道表示式，失去1个电子为O的第一电离能；

C. 失去最外层一个电子为O的第二电离能；

D. 为激发态O原子；

同一元素的原子，电离最外层一个电子所需能量：激发态原子<基态的第一电离能<第二电离能；当能级处于全满、半满、全空时，较稳定，电离最外层一个电子需要的能量高，则电离最外层一个电子所需能量最大的是C，最小的是D，故答案为：C；D；

（6）①该物质中N原子价层电子对数为3，根据价层电子对互斥理论判断N原子杂化类型为sp2杂化，故答案为：sp2杂化；

②由图2可知，重复的结构单元为六元环和外加三个N原子形成的结构，最小重复单元如图所示：或，故答案为：或；

③由均摊法可知，该晶胞中N原子个数=8×+8×+2×+4=8，C原子个数=3+6×=6，1个晶胞的质量=，密度ρ=g.cm-3，故答案为：。